Ventil mit einer Einrichtung zur Dämpfung von durch das Arbeitsmedium selbsterregten akustischen Schwingungen

Abstract

 Die sich normalerweise periodisch ändernde Ablösestelle der Strömung im Diffusor (14) nach der Drosselstelle wird dadurch fixiert, daß aus einem Raum (16) des Ventils, in dem ein höherer Druck als im Ablösebereich herrscht, Arbeitsmedium dem Ablösebereich zugeführt wird.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil mit einer Einrichtung zur Dämpfung von durch das Arbeitsmedium selbsterregten akustischen Schwingungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] In Ventilen, bei denen nach dem vom Ventilsitz und dem Ventilschliesskörper gebildeten Drosselringspalt zum Zwecke der Rückgewinnung von Druckenergie ein Diffusor vorgesehen ist, werden häufig Strömungszustände durchlaufen, bei denen Diffusorschwingungen auftreten. Diese rühren daher, dass die Stelle, an dem sich die Strömung im Diffusor ablöst, auf Druckstörungen sehr empfindlich reagiert und dabei in einem gewissen Bereich hin und her schwingt. Besonders stark zeigt sich dieser Effekt an konvexen Wandungen, an denen sich die Strömung periodisch ansaugen kann. Eine ähnliche Erscheinung kann auch auftreten, wenn der Druck nach dem Drosselquerschnitt wesentlich niedriger liegt als der kritische Druck. In diesem Falle kann der Prandtl-Meyersche Winkel so gross werden, dass sich die Strömung selbst nach einer Abreisskante im Diffusor wieder an der Wand ansaugen kann. Auch hier gibt es ein bestimmtes Druckverhältnis, bei dem die Ablösung auf Druckschwankungen sehr empfindlich reagiert.

[0003] Mit der vorliegenden, im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierten Erfindung sollen die mit diesen Erscheinungen verbundenen Schwingungen, die einen unangenehmen Lärm verursachen, weitgehend unterdrückt werden.

[0004] Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird der Erfindungsgegenstand nachfolgend näher beschrieben. In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ventils,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ventils, und die

Fig. 3 und 4 zwei verschiedene Ausführungsformen der erfindungswesentlichen Details solcher Ventile.

[0005] Fig. 1 stellt ein kombiniertes Dampfschnellschluss- und -regelventil dar. Das Ventilgehäuse 1 weist einen Einlasskanal 2 und einen Auslasskanal 3 auf. In Strömungsrichtung nach dem Einlasskanal 2 und einem Dampfsieb 4 befindet sich eine Regelglocke 5, die ebenso wie ihre Spindel 6 in einem Flanschgehäuse 7 geführt ist. Ein auf der Spindel 6 befestigtes Vorhubventil 8 dient in bekannter Weise zur Erleichterung des Oeffnungsvorganges.

[0006] Koaxial innerhalb der Regelglocke 5 befindet sich ein Schnellschlussventilkörper 9, dessen Spindel 10 im unteren Teil des Gehäuses gelagert ist. Diese Spindel 10 trägt an ihrem oberen Ende ebenfalls ein Vorhubventil 11 zur Erleichterung des Oeffnungsvorganges.

[0007] Für die Sitzflächen der beiden Ventilkörper 5 und 9 ist ein gemeinsamer Ventilsitzring 12 vorhanden, der in einem Diffusorkörper 13 eingelassen ist. Dieser besitzt an seinem äusseren Umfang im Bereich des engsten Querschnitts des Diffusorkanals 14 eine Ringnut 15, die mit der benachbarten Bohrungswand des Gehäuses 1 eine Ringkammer 16 bildet. Im übrigen ist die Aussenkontur des Diffusorkörpers 13 so geformt, dass die Kammer 16 über einen ringförmigen Schlitz 17 mit dem Auslasskanal 3 in Verbindung steht, so dass sich zur Kammer 16 eine Strömung einstellen kann, da der Druck im Auslasskanal 3 im Betrieb höher ist als der Druck an der engsten Stelle des Diffusorkanals 14 im Bereich der vertikalen Erstreckung der Ringkammer 16.

[0008] Diese Ringkammer steht über zwei Reihen von Löchern 18, die über den Umfang gleichmässig verteilt angeordnet sind und deren Mündungen im Bereich des engsten Querschnitts des Diffusorkanals liegen, mit letzterem in leitender Verbindung. Die Löcher 18 haben den Zweck, die in der Einleitung erwähnte Fixierung des Ablösungspunktes im Diffusor zu bewirken, um ein Schwingen des Ablösungspunktes und die dadurch bedingten akustischen Erscheinungen zu vermeiden. Dies wird erreicht durch eine sekundäre Zuströmung in den Diffusorraum im Bereich des Ablösungspunktes, indem aus der Ringkammer 16, in der, wie oben dargelegt, im Betrieb der Druck höher ist als im Bereich des engsten Diffusorquerschnitts, durch die Löcher 18 Arbeitsmedium in den Diffusor eingeblasen wird.

[0009] Eine Möglichkeit für die Ausbildung der erfindungsgemässen Merkmale an einem einfachen Regelventil zeigt die Fig. 2. Der Regelventilkörper 19 und seine Spindel 20 befinden sich hier stromaufwärts des Ventilsitzringes des Diffusorkörpers 21. Das untere Ende desselben bildet mit einer Erweiterung im unteren Teil des Ventilgehäuses 22 einen Ringschlitz 23, der den Auslasskanal 24 mit dem von der Aussenfläche des Diffusorkörpers 21 und der ihn in einem Abstand umgebenden Erweiterung des Ventilgehäuses 22 begrenzten Ringraum 25 verbindet. Der obere Teil dieses Ringraumes 25 steht wiederum über zwei Reihen über den Diffusorumfang gleichmässig verteilter Löcher 26 mit dem Bereich des engsten Diffusorkanalquerschnitts in Verbindung. Die stabilisierende Wirkung auf die Lage des Ablösungspunktes ist die gleiche wie bei dem zuerst beschriebenen Ventil.

[0010] Die Fig. 3 und 4 zeigen schematisch mögliche Abarten der erfindungsgemässen Gestaltung im Bereich des Diffusorkörpers für die Ventile nach den Fig. 1 und 2. Dazu ist allgemein zu bemerken, dass die Ringräume, aus denen über die Löcher 18 bzw. 26 dem Ablösungsbereich Strömungsenergie zugeführt wird, keineswegs so voluminös wie in den Fig. l, 3 und 4 dargestellt ausgeführt werden müssen. Es genügen dafür vielmehr schon kleine Räume oder aber allein schon Bohrungen, die den Auslasskanal des Ventils oder eine stromabwärts der Diffusorkanaleinschnürung liegende Stelle des Diffusorkanals mit dem Ablösungsbereich verbinden.

[0011] Je nach den Strömungsverhältnissen kann die Anzahl der Löcher und Lochreihen verschieden gewählt werden.

[0012] Voraussetzung für die Funktion ist natürlich, dass der Druck, wie bei den dargestellten Beispielen, an der Stelle, wo das zur Einführung an die Ablösungsstelle bestimmte Medium abgenommen wird, grösser ist als an der Ablösestelle.

Bezeichnungsliste

[0013] 

1 Ventilgehäuse

2 Einlasskanal

3 Auslasskanal

4 Dampfsieb

5 Regelglocke

6 Spindel der Regelglocke 5

7 Flanschgehäuse

8 Vorhubventil

9 Schnellschlussventilkörper

10 Spindel des Schnellschlussventilkörpers

11 Vorhubventil

12 Ventilsitzring

13 Diffusorkörper

14 Diffusorkanal

15 Ringnut

16 Ringkammer

17 Ringförmiger Schlitz

18 Löcher

19 Regelventilkörper

20 Spindel des Regelventilkörpers

21 Diffusorkörper

22 Ventilgehäuse

23 Ringschlitz

24 Auslasskanal

25 Ringraum

26 Löcher

Ansprüche

1. Ventil mit einer Einrichtung zur Dämpfung von durch das Arbeitsmedium selbsterregten akustischen Schwingungen, mit mindestens je einem gehäusefesten Ventilsitzring und einem mit diesem zusammenwirkenden Ventilschliesskörper sowie mit einem in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums nach dem Ventilsitzring angeordneten Diffusor zur Rückgewinnung von Druckenergie im Arbeitsmedium, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Diffusorkanals, innerhalb dessen eine Ablösung der Diffusorströmung möglich ist, mit einem Raum des Ventils in leitender Verbindung steht, in dem während des Betriebes des Ventils ein höherer Druck herrscht als in dem erwähnten Bereich des Diffusorkanals.

2. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine die Diffusorwandung umgebende Ausgleichskammer (16), einen diese Ausgleichskammer mit dem Auslasskanal (3) des Ventils verbindenden ringförmigen Schlitz (17) sowie durch Löcher (18), die die Ausgleichskammer (16) mit dem Bereich des engsten Diffusorquerschnittes verbinden.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablösebereich des Diffusorkanals über einen Ringraum (25), der vom Diffusorkörper (21) und einer den Diffusorkörper (21) in einem Abstand umgebenden Erweiterung des Ventilgehäuses (22) begrenzt wird, und über im Ablösebereich vorgesehene Reihen von über den Umfang gleichmässig verteilten Löchern mit dem Austrittsquerschnitt des Diffusorkanals in leitender Verbindung steht.

4. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (26) rechtwinklig zur Diffusorachse verlaufen.

5. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (18) zur Diffusorachse geneigt sind, derart, dass sie mit der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels einen spitzen Winkel einschliessen.

Zeichnung